Пакетная лопаточная машина

 

Изобретение относится к вентиляторостроению. Пакетная лопаточная машина содержит рабочее колесо в виде центрального вала с вращающимися лопатками-лопастями, управляющий механизм и мультипликатор. Пространственный шарнир управляющего механизма при наклоне управляющей вилки создает колебательные движения крестовины, амплитуда которых увеличивается мультипликатором, объединяющим весь пакет валиков с лопатками-лопастями, и попеременно устанавливает их в маховое и флюгерное положение. Создается воздушный поток широкого фронта, направление и напор которого могут быть изменены управляющим механизмом. Резко снижается угол установки управляющей вилки, что позволяет повысить частоту оборотов центрального вала и увеличить напор. Наличие управляющего колпака повышает функциональность машины. Пакетная лопаточная машина может быть использована в качестве вентилятора широкого фронта, защитного воздушного барьера и движителя. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к вентиляторостроению, преимущественно к вентиляторам, создающим широкий воздушный поток, например к вентиляторам тепловой завесы.

Известны лопаточные машины, содержащие, как и пакетная лопаточная машина, пространственные шарниры, имеющие две взаимно перпендикулярные оси качания в качестве механизма регулирования угла циклового поворота лопаток-лопастей. Например, известен летательный аппарат с лопатками-лопастями, функционирующими как машущие крылья (патент США 2018730). Этот летательный аппарат состоит из фюзеляжа, на котором расположены консоли с лопатками-лопастями в виде развернутых перпендикулярно в осевом направлении друг к другу машущих крыльев. Пространственные шарниры управляют цикловым поворотом крыльев, попеременно устанавливая их во флюгерное и маховое положение. Недостатком лопаточной машины этого летательного аппарата является сложность управления пространственным шарниром при большой длине лопаток-лопастей.

Известна лопаточная машина по патенту РФ 1366708, кл. F 04 D 17/00, 1993 г. , содержащая корпус с двигателем, на вал которого надето рабочее колесо в виде взаимно перпендикулярных лопаток, каждая из которых шарнирно закреплена в проушине, и механизм регулирования установки лопаток в виде штока с проушинами, вилки, шарнирно связанной с ней крестовины, две полуоси которой соединены с цапфами лопаток, а две другие - с проушинами штока. Недостатком этой лопаточной машины является ограниченность ширины воздушного потока, определяемая шириной лопаток-лопастей. Кроме того, в режиме максимального напора наклонная вилка пространственного шарнира должна быть установлена под углом в сорок пять градусов к оси рабочего колеса, что способствует усиленному износу шарнира и неравномерности поворота лопаток-лопастей.

Целью настоящего изобретения является создание лопаточной машины, создающей широкий фронт воздушного потока с механизмом регулирования цикловым положением лопаток-лопастей, позволяющим их полный разворот от флюгерного до махового положения при небольшом наклоне управляющей вилки.

Для достижения указанной цели механизм регулирования снабжен управляющим колпаком, имеющим щель для фиксированного перемещения - изменения наклона - управляющей вилки и обладающим возможностью фиксированного осевого поворота. Лопатки-лопасти закреплены на шкворнях валиков, которые с возможностью поворота размещены вдоль полого центрального вала, образуя пакет, создающий при работе широкий фронт воздушного потока. Внутри полого центрального вала расположен мультипликатор - механизм, служащий для уменьшения рабочего угла наклона управляющей вилки. В основном более простом исполнении мультипликатор представляет собой комбинацию шарнирно закрепленных на валиках и фланце крестовины тяг, определяющих увеличенный осевой поворот пакета валиков по отношению к осевому повороту крестовины. В вариантах мультипликатор выполнен или в виде зубчатого сектора крестовины, объединяющего шестерни валиков пакета через паразитную шестерню и рейку, или в виде закрепленного на круглом фланце крестовины троса, объединяющего через цилиндрические участки меньшего диаметра весь пакет лопаток-лопастей. Корпус пакетной лопаточной машины выполнен в виде кожуха, с одной стороны которого крепится двигатель, а с другой стороны установлена обечайка для поворота управляющего колпака.

На фиг. 1 пакетная лопаточная машина изображена в осевом разрезе. Здесь углы α и β обозначают сравнительный поворот оси крестовины и осей валиков.

На фиг. 2 изображен разрез по "А-А" на фиг.1. Стрелкой показано направление вращения рабочего колеса, трехрядными стрелками показано направление воздушного потока.

На фиг.3 изображен вариант мультипликатора с зубчатым зацеплением.

На фиг.4 изображен вариант мультипликатора с гибкой связью - тросом. По сравнению с предыдущими осевыми разрезами здесь центральный вал повернут на четверть оборота. Трехрядные стрелки показывают осевой воздушный поток.

На фиг.5 показан пример применения пакетных лопаточных машин в качестве устройства тепловой завесы.

На фиг. 6 показано применение пакетных лопаточных машин на транспортном средстве. Здесь вертикальные трехрядные стрелки изображают воздушную подушку. Горизонтальными стрелками изображен воздушный осевой поток для перемещения транспортного средства.

На фиг.7 пакетная лопаточная машина применена на торшере-вентиляторе.

Пакетная лопаточная машина состоит из корпуса-кожуха 1, с одной стороны на котором установлен двигатель 2, а с другой стороны выполнена обечайка 3, несущая управляющий колпак 4. Между двигателем и управляющим колпаком в подшипниках 5 расположен центральный вал 6, состоящий из двух половин, скрепленных стяжками 7. В обеих половинах центрального вала расположен ряд поперечных подшипников, в которых установлены валики 8, на шкворнях которых жестко или шарнирно в зависимости от нагрузки крепятся лопатки-лопасти 9. Валики снабжены фланцами 10, между которыми проходят тяги 11 с осями 12. Первый от управляющего колпака валик осями 13 и 14 соединяется через тяги 15 с фланцами 16 крестовины 17. Две полуоси 18 крестовины размешены в подшипниках проушин 19 центрального вала. Шарнирно установленные на фланцах валиков и крестовины тяги образуют мультипликатор - механизм для увеличения осевого поворота валиков по сравнению с осевым поворотом крестовины. В поперечной оси 20 крестовины установлены проушины управляющей вилки 21 с подшипником 22, который установлен на шкворне 23. В резьбу шкворня ввинчен фиксирующий винт 24, проходящий через щель 25 управляющего колпака, в цилиндрической части которого размещен фиксирующий винт 26, проходящий через радиальную щель 27 обечайки и снабженный гайкой 28. Как вариант (фиг.7) этот винт 29 проходит через резьбу в управляющем колпаке и распирает его на обечайке. Корпус-кожух имеет входные - всасывающие 30 и выходные - нагнетающие 31 отверстия и может поворачиваться (не показано) для закрепления в оптимальном положении.

Мультипликатор может быть выполнен с зубчатым зацеплением. В этом случае крестовина снабжается зубчатым сектором 32, который через паразитную шестерню 33 меньшего, чем зубчатый сектор радиуса и рейку 34 зацепляется с шестернями 35 всего пакета валиков лопаток-лопастей. Рейка устанавливается в направляющих 36.

Мультипликатор может быть выполнен с гибкой связью. В этом случае крестовина снабжается круглым фланцем 37, на котором крепится трос 38, объединяющий витками по цилиндрическим участкам 39 меньшего диаметра весь пакет валиков лопаток-лопастей. От проскальзывания на валиках трос удерживается прижимами 40.

Пакетная лопаточная машина работает следующим образом. При включении двигателя 2 вращается центральный вал 6 вместе с рабочим колесом - пакетом валиков с лопатками-лопастями 9.

При повороте центрального вала на угол "а" управляющая вилка 21 повернется на угол "b". При угле наклона "α" управляющей вилки характер изменения угловых скоростей "w" центрального вала и "v" управляющей втулки определяется соотношением v = wcosα/cosαcosa+sina. Таким образом, при постоянном значении угловой скорости центрального вала угловая скорость управляющей вилки, а следовательно, и угловая скорость осевого поворота лопаток-лопастей будет меняться с интенсивностью, зависящей от фазы поворота центрального вала и величины угла установки управляющей вилки.

При а=0 v=w/cosα. При а=90^o v=wcosα. Следовательно, с уменьшением угла установки управляющей вилки уменьшается неравномерность угловой скорости осевого поворота лопаток-лопастей. Соответственно улучшаются условия работы карданного механизма. В случае совпадения осей центрального вала и управляющей вилки, когда cosα = 1, угловые скорости управляющей вилки и центрального вала равны. Именно в этом положении управляющей вилки лопатки-лопасти занимают по отношению к центральному валу угол в сорок пять градусов и, не меняя ориентации при вращении центрального вала, функционируют как лопасти пропеллера, направляя воздушный поток вдоль оси. Во всех других положениях управляющей вилки образуется также поперечный воздушный поток, который тем больше, чем ближе лопатки-лопасти к маховому положению, то есть к установке своих несущих поверхностей в плоскости, перпендикулярной оси вращения центрального вала. Угол наклона управляющей вилки устанавливается перемещением шкворня 23 вдоль щели 25 с последущей его фиксацией винтом 24. За счет того, что ось 20 крестовины 17 установлена в проушинах управляющей вилки 21 и вращается в плоскости, расположенной под углом α по отношению к оси вращения центрального вала, а пара полуосей 18 вращается в плоскости, перпендикулярной оси вращения центрального вала, крестовина 17 совершает колебательное движение вокруг полуосей 18, причем за один оборот центрального вала крестовина совершит два колебания. Шарнирно связанные с фланцем 16 крестовины тяги 15 также совершают колебательное движение, передавая его на фланцы 10 валиков 8 через тяги 11. А так как плечо шарниров осей 14 больше, чем плечо шарниров осей 12 и 13, то последние совершают поворот на больший угол β по сравнению с углом α отклонения крестовины. Это и определяет возможность установки управляющей вилки намного меньший угол для достижения отклонений лопастей-лопаток на сорок пять градусов в обе стороны, когда каждая лопатка-лопасть поворачивается, например, от флюгерного положения до махового и обратно за один оборот центрального вала. Флюгерное положение характеризуется обтеканием вдоль поверхности лопаток-лопастей, маховое - когда плоскости лопаток нормальны вектору потока. При таком движении лопаток-лопастей происходит перемещение потока среды. Так как на шкворнях валиков 8 лопатки-лопасти закреплены взаимно перпендикулярно, во время махового движения, например, наружных лопаток-лопастей внутренние движутся во флюгерном режиме.

Мультипликатор с зубчатым зацеплением функционирует аналогично. При установочном повороте в исходной фазе центрального вала шкворень 23 отклоняется, например, на угол α и фиксируется в положении максимального поперечного воздушного потока, что определяется установкой одного фронта лопаток-лопастей в маховое положение. Теперь при вращении центрального вала угол отклонения управляющей вилки изменяется от оптимального угла +α до нуля и далее до -α. Такое же колебание совершает и зубчатый сектор 32. Так как при установке на максимальный поперечный воздушный поток необходимо соблюдать условие, чтобы валики лопаток-лопастей, а следовательно, и их шестерни 35, как и паразитная шестерня 33, за полный оборот центрального вала дважды поворачивались на девяносто градусов, соответственно рассчитывается и передаточное число мультипликатора, определяемое соотношением радиуса паразитной шестерни и зубчатого сектора. При повороте паразитной шестерни 33 перемещается рейка 34 в направляющих 36 и поворачивает шестерни 35 с валиками и лопатками-лопастями.

Мультипликатор с гибкой связью имеет самое простое устройство, но обладает недостатком усталостного растяжения гибкой связи и требует предварительного натяжения, то есть дополнительной нагрузки на подшипники валиков 8. При повороте крестовины 17 закрепленный на ее круглом фланце 37 трос 38, перемещаясь, поворачивает валики 8, так как он охватывает их по цилиндрическим участкам 39. Для гарантированной передачи движения конструктивно используются две ветви троса. Передаточное число этого мультипликатора определяется отношением диаметра цилиндрического участка 39 к диаметру круглого фланца 37.

Рабочее колесо пакетной лопаточной машины, состоящее из пакета лопаток-лопастей с валиками, центрального вала и мультипликатора, представляет собой легко балансируемый узел и поэтому допускает большую частоту оборотов, что в свою очередь определяет высокую скорость создаваемого воздушного потока. А так как, по сути дела, фронт лопастей-лопаток в маховом режиме создает высокочастотные маховые колебания, которые, как известно, в аэродинамическом отношении достаточно эффективны, пакетная лопаточная машина может быть применена в самых различных устройствах.

Например, на фиг. 5 изображены две пакетные лопаточные машины, одна из которых работает в режиме нагнетания, а другая - в режиме всасывания. Таким образом, создается воздушная завеса, которая может быть применена в качестве теплового, звукового, дымового, защитного и т.п. барьера. Для закольцовки воздушного потока торцы корпусов-кожухов снабжаются патрубками 41, которые соединяются между собой трубой.

На фиг. 6 изображено транспортное средство на воздушной подушке, создаваемой пакетными лопаточными машинами, установленными вдоль бортов транспортного средства. В этом случае управление фазовым положением центрального вала и диапазоном колебания пакета лопаток-лопастей осуществляется дистанционно, например с помощью боудентроса, протянутого к управляющему колпаку.

Наконец, небольшая лопаточная машина может быть использована в быту как торшер-вентилятор. На фиг. 7 показан торшер-вентилятор со светильником 42, например лампой дневного света. Даже при небольших размерах этот прибор может создать значительный воздушный напор. При ослаблении припорного вита 29 под действием воздушного напора управляющий колпак 4 будет вращаться и вместе с ним будет меняться направление воздушного потока с цикличностью, зависящей от величины ослабления припорного винта.

Формула изобретения

1. Пакетная лопаточная машина, содержащая корпус с двигателем, центральный вал, рабочее колесо с вращающимися лопатками-лопастями и механизм регулирования в виде управляющей вилки, имеющей возможность изменять наклон, и крестовины, две полуоси которой установлены в проушинах центрального вала, а перпендикулярная ось - в проушинах управляющей вилки, отличающаяся тем, что механизм регулирования снабжен управляющим колпаком, имеющим щель для фиксированного перемещения штока управляющей вилки и имеющим возможность осевого фиксированного поворота, а лопатки-лопасти размещены вдоль полого центрального вала и объединены мультипликатором в виде тяг, шарнирно соединяющих валики, на шкворнях которых закреплены лопатки-лопасти, между собой, и тяг, шарнирно установленных на фланцах крестовины и увеличенным плечом шарнирно соединенных с пакетом валиков лопаток-лопастей.

2. Пакетная лопаточная машина по п. 1, отличающаяся тем, что мультипликатор выполнен в виде закрепленного на фланце крестовины зубчатого сектора, через паразитную шестерню меньшего радиуса и рейку объединяющего шестерни, которыми снабжен каждый валик пакета.

3. Пакетная лопаточная машина по п. 1, отличающаяся тем, что мультипликатор выполнен в виде закрепленного на круглом фланце крестовины троса, объединяющего через цилиндрические участки меньшего диаметра валиков весь пакет лопаток-лопастей.

4. Пакетная лопаточная машина по п. 1, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде кожуха, с одной стороны которого крепится двигатель, а с другой стороны установлена обечайка для поворота управляющего колпака.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7